HPHT toodab sünteetilisi teemante, 1. osa

Looduslikel teemantidel on äärmine kõvadus ja nappus, ühendades ehted ja tööstusliku väärtuse. Kuid looduslike teemantide tootmisvõimsuse kitsaskoht purunes alles 20. sajandi keskpaigas, kui ilmus "kõrgtemperatuuri ja kõrgsurve (HPHT) tehnoloogia" – ja HPHT-seadmed on põhiline "emamasin", mis võimaldab paljundada Maa tuumakeskkonda ja toota sünteetilisi teemante.

 

HPHT tähistab kõrgtemperatuuri ja kõrgsurve tootmistehnoloogiat

 

Esimene osa: Põhiprintsiip

Maa tuuma "teemantide genereerimise välja" kordava HPHT-tehnoloogia olemus seisneb teemandi loomulike tekketingimuste taasesitamises tehisõõnes ja soodustab süsinikuallika muundumist teemandiks.

• Loodusliku moodustumise etalon: looduslikud teemandid sünnivad 150–200 kilomeetri sügavusel vahevöös, nõudes kõrget temperatuuri 1100–1500 kraadi C ja kõrget rõhku 4,5–6 GPa (umbes 45 000–60 000 korda atmosfäärirõhust). Süsinikuaatomid on paigutatud kuupvõresse, moodustades selles keskkonnas teemante.

• Termodünaamika põhiloogika: süsiniku faasidiagramm näitab, et kõrge rõhu ja kõrge temperatuuri korral on grafiit (tavaline süsinikuvorm) metastabiilses olekus ja teemant on stabiilne faas. HPHT-seadmete põhiülesanne on täpselt konstrueerida see "teemantstabiilne tsoon" ja edendada süsinikuallikate (nt grafiit) suunamuutust.

 

 

2. osa: tehniline tuum -

Kolm peamist HPHT-seadmete marsruuti
HPHT seadmed saavutavad äärmuslikud tingimused läbi "mehaaniline survestamine+elektriküte", ja tavatehnoloogia marsruudil on struktuurierinevuste tõttu olulisi positsioneerimiserinevusi.

 

1. Kahepoolne pressimismasin: varakult turustatud peamine jõud

• Struktuur: 2 volframkarbiidist alasi plokki suhtelise rõhu jaoks, metalltoru takistussoojendus.
• Omadused: Lihtne struktuur, madal hind, kuid ebaühtlane rõhujaotus, mis ei suuda toota suuri üksikuid kristalle.
• Praegune asukoht:Kasutatakse peamiselt väikeste{0}}teemant-mikropulbri ja polükristallilise teemandi (PCD) toodete valmistamiseks.

 

2. Kuuepoolne toppressmasin: praeguse tööstuse absoluutne tuum (juhib Hiina)

• Struktuur: Kuus hüdrosilindrit käitavad volframkarbiidist ülemist vasarat, mis pigistab kuupmeetrilist survekeskkonda (Yelaishi) kuuest suunast, saavutades sünkroonselt kõrge rõhu ja ühtlase kuumutamise.
• Põhilised eelised: ühtlane rõhujaotus, suur õõnsuse maht, sobib tööstuslikuks masstootmiseks (gem/tööriista klassi suured monokristallid).

 

Lihtsustatud töövoog:

• a. Koost: süsinikuallikas (kõrge-puhtusastmega grafiit), metallkatalüsaator (raud/koobalt/nikkel), pürofülliidi õõnsusse põimitud idukristall;
• b. Survestamine: kuus vasarat lükatakse sünkroonselt ette, moodustades kambri sees staatilise veesurve 5-6 GPa;
• c. Kuumutamine: elektrood elektrifitseeritakse ja kuumutatakse katalüsaatori sulatamiseks temperatuurini üle 1400 °C;
• d. Kasv: katalüsaator lahustab grafiidi ja sadestab idukristallile teemandi;
• e. Kristalliseerimine: Pärast jahutamist ja rõhu vähendamist eemaldage valmistoode.

 

3. Lõhkumiskuul/mitme{1}}tahuga pressimismasin: spetsialiseerunud tipptasemel teaduslikele uuringutele.

• Struktuur: 8 või enam alasi plokki moodustavad sfäärilise pinna ja pigistavad sfäärilise õõnsuse.
• Omadused: Kambri kõige ühtlasem staatiline veerõhk ja tugev kohanemisvõime, kuid seadme maksumus on äärmiselt kõrge (kümnetes miljonites).
• Positsioneerimine: kasutatakse ülikõvade materjalide tipptasemel-uuringuteks ja spetsiaalseks teemantide sünteesiks (mitte masstootmine).

 

 

HPHT sünteetiliste teemantide valmistamise meetodit ja protsessi käsitleva jagamise teises pooles pöörake palun jätkuvalt tähelepanu sellele veebisaidile. Täname toetuse eest.